[發明專利]一種高背景磁場下的磁定位方法及裝置

有效

• 申請號: 200910076821.2
• 申請日: 2009-01-22
• 公開（公告）號: CN101476860A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 宋濤;王喆;王金光;楊芩玉;王明
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01B7/00
• 分類號: G01B7/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 關 玲;賈玉忠

1.一種高背景磁場下的磁定位方法，其特征在于，布置在背景磁場大小和方向均相同的兩個空間對稱位置點的傳感器組檢測背景磁場以及目標物體的永磁塊磁場，采用差分放大電路將傳感器組中差分傳感器和被差分傳感器檢測得到的相等的背景磁場磁感應強度作為共模信號相減，剔除高背景磁場，得到傳感器組中兩傳感器位置點處目標物體永磁塊的磁感應強度差值；由N組傳感器組測量得到包含N個磁感應強度差值的磁感應強度差值向量，N≥5；采用差分磁定位算法，得到差分磁定位方程組；將包含目標物體永磁塊位置和姿態變量的差分磁定位方程組與實際測量所得的磁感應強度差值向量建立目標函數；采用非線性優化算法求解目標函數，即可獲得目標物體永磁塊的三維位置和二維姿態，完成目標物體的定位過程；

所述的差分磁定位算法為：根據在高背景磁場下傳感器組檢測得到的磁感應強度差值信號只包含目標物體永磁塊的磁場信號，得到磁感應強度的差值方程：

式(3)中，B_(i)k(α)為第k組傳感器組中被差分傳感器所在位置點處的永磁塊磁感應強度；B_(i+1)k(α)為第k組傳感器組中差分傳感器所在位置點處的永磁塊磁感應強度；Bⁿ_k(α)為第k組傳感器組檢測到的磁信號相減后其敏感軸方向上的磁感應強度差值，k＝1，2，…，N，N≥5；n為敏感軸的方向分量，n＝{i，j，k}；?其中x，y，z為目標物體永磁塊的位置變量，?為目標物體永磁塊的磁矩方位角變量；

N組傳感器組的傳感器陣列的差分磁定位方程組為：

式(4)中，Bⁿ_k(α)為第k組傳感器組在放大電路中共模相減后其敏感軸方向上的磁感應強度差值，k＝1，2，3，...，N；n為傳感器組的敏感軸方向分量，n＝{i，j，k}；B_d(α)為N組傳感器組差分相減后其敏感軸方向上的磁感應強度差值向量；將包含目標物體永磁塊位置和姿態變量?的差分磁定位方程組(4)與實際測量所得的磁感應強度差值向量建立目標函數f(α)；采用非線性優化算法求解目標函數f(α)，即可獲得目標物體永磁塊的三維位置(x，y，z)和二維姿態?完成定位過程。

2.應用權利要求1所述的高背景磁場下的磁定位方法的裝置，其特征在于，所述裝置包括傳感器陣列(1)、信號處理模塊(2)和數據處理及算法系統(3)；傳感器陣列(1)檢測到的背景磁場和永磁塊的磁感應強度信號經過差分放大電路(21)，將差分傳感器(121)和被差分傳感器(122)檢測到的磁信號相減，去除傳感器組在兩個傳感器(11)位置點處?檢測到的高背景磁場(61)，保留含有弱小的永磁塊磁場(62)的磁信號；傳感器組中兩傳感器(11)位置點處的磁信號相減后的差值，再經過同相放大電路(22)進行二次放大；經過兩次放大的磁信號經低通濾波(23)，將引入到磁檢測信號中的高頻噪聲濾去，再經過A/D轉換(24)后將模擬信號轉換為數字信號，通過PCI總線，傳送至計算機內；數據處理及算法系統(3)將采樣后存儲的磁信號差值數據選取連續的多個數據F取平均值，作為差分磁定位算法的檢測信號?根據目標物體永磁塊磁場分布數學模型的差分磁定位公式(4)得到N組傳感器組差分相減后其敏感軸方向上的磁感應強度的差值向量B_d(α)，由差分磁定位算法和所述裝置測量所得的磁感應強度差值確定目標函數f(α)；采用非線性優化算法優化目標函數f(α)，計算得到永磁塊的位置和姿態。

3.根據權利要求2所述的高背景磁場下的磁定位方法的裝置，其特征在于，傳感器陣列(1)由N組傳感器組組成，每組傳感器組均由兩個傳感器(11)構成，傳感器組的數量多于或者等于5組，傳感器總個數大于或等于10個；選擇背景磁場相等的兩空間對稱位置點處，布置一組傳感器組；各傳感器組中的傳感器敏感軸方向布置在三個兩兩垂直的方向上，每組傳感器組中的兩個傳感器敏感軸的布置方向一致；傳感器陣列(1)布置在工作區域外部，傳感器組的布置位置和傳感器敏感軸方向覆蓋目標物體運動的整個區域。

4.根據權利要求3所述的高背景磁場下的磁定位方法的裝置，其特征在于，信號處理模塊(2)由信號處理通路組成，每路信號處理通路均由差分放大電路(21)、同相放大電路(22)、低通濾波電路(23)、A/D轉換(24)組成；每組傳感器組對應一路信號處理通路。?